硅酸盐水泥的性能及应用

8硅酸盐水泥的性能及应用

习要点硅酸盐水泥的性能是具有理论性和实用性的重要内容学习时应重点理解并定凝结时间的意义和影响凝结时间的因素;掌握水泥强度的产生、发展和影响因素；积变化与水化热在工程中所产生的影响了解抗渗性、抗冻性及坏境介质对水泥耐久

响机理拿握普通混凝土配合比的计算并了解混凝土的种类及应用了解外加剂对水凝土的作用和常用夕卜加剂的种类及机理。

硅酸盐水泥在现代建筑工程中主要用以配制砂浆、混凝土和生产水泥制品，随着国民经济的不断发展，水泥作为大量应用的工程材料，研究和改善其性能，对于发展水泥品种、提髙建筑效率、改进工程质量都具有十分重要的意义。硅酸盐水泥的性能包括:物理性能，如密度细度等, 建筑性能，如凝结时间、泌水性、保水性、强度、体积变化和水化热、耐久性等.

8. 1硅酸盐水泥的凝结时间

水泥浆体的凝结时间，对于建筑工程的施工具有十分重要的意义。水泥浆体的凝结可分为初凝和终凝。初凝表示水泥浆体失去流动性和部分可塑性，开始凝结。终凝则表示水泥浆体逐渐硬化，完全失去可塑性，并具有一泄的机械强度，能抵抗一泄的外来压力。从水泥加水搅拌到水泥初凝所经历的时间称为“初凝时间”，到终凝所经历的时间称为“终凝时间”。在施工过程中，若初凝时间太短，往往来不及进行施工浆体就变硬，因此，应有足够的时间来保证混凝丄砂浆的搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成。同时还应尽可能加快脱模及施工进度，以保证工程的进展要求。为此，各国的水泥标准中都规左了水泥的凝结时间。初凝时间，对水泥的使用更具有实际意义。根据中国水泥国家标准GB 175—1999 规泄，酸盐水泥初凝不得早于45min,终凝不得迟于390min°

8. 1・1凝结速度

水泥凝结时间的长短决泄于其凝结速度的快慢。从水泥的水化硬化过程可知，水泥加水拌和后熟料矿物开始水化，熟料中各矿物28d的水化速度大小顺序为CaA>CaS>C4AF>C2S, 并产生各种水化物，C3S与C2S水化生成C_S_H凝胶和Ca(0H)2, C3A与C4AF在石膏作用下•根据石膏掺量的不同可分别水化生成三硫型水化硫铝(铁)酸钙(AFt).单硫型水化硫铝(铁)酸钙(AFm)和C/H：個溶体。随着水化作用的继续进行，水化产物逐渐长大增多并初步联结成网，逐渐失去流动性与可塑性而凝结。所以，凡是影响水化速度的齐种因素，基本上也同样影响水泥的凝结速度，如熟料矿物组成、水泥细度.水灰比. 温度和外加剂等•但水化和凝结又有一左的差异。例如，水灰比越大，水化越快，凝结反而变慢。这是因为加水量过多.颗粒间距增大.水泥浆体结构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。水泥的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿物的含量有关。决左凝结速度的主要矿物为C3A 和C3S。R. H.鲍格和w・勒奇等人认为，C3A的含疑是控制初凝时间的决左因素。在C3A含量较髙或石膏等缓凝剂掺量过少时，硅酸盐水泥加水拌和后，C3血速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙，并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，称为“速凝”或“闪凝”。产生这种不正常快凝时，浆体迅速放出大量热，温度急剧上升。但是如果C3A较少(W2%)或掺加有石膏等缓凝剂，就不会出现快凝现象，水泥的凝结快慢则主要由C3S水化来决左。所以说，快凝是由C3A造成的，而正常凝结则是受 C3 S制约的。

事实上，水泥的凝结速度还与熟料矿物和水化产物的形态结构有关系。实验证明，即使化学组成和表而积完全相同的水泥，但由于锻烧制度的差异，仍可使熟料结构有所不同，凝结时间也将发生相应的变化。如急冷熟料凝结正常,而慢冷熟料常岀现快凝现象。这是因为慢冷时C。A能充分结晶，CsA晶体相对较多，使水化加快，而急冷时CsA固溶体与玻璃体中，由于玻璃体结构致密，相对CsA晶体水化较慢。同样，若水化产物是凝胶状的，则会

形成薄膜，包裹在未水化的水泥周围，阻碍矿物进一步水化，因而能延缓水泥的凝结。

温度的变化也会影响水泥的凝结速度。温度升髙，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间会延长，如图8. 1所示。所以，在炎热季石及高温条件下施工时，需注意初凝时间的变化，在冬季或寒冷条件下施工时应注意采取适当的保温措施，以保证正常的凝结时间。

总之，影响水泥凝结快慢的因素是多方而的，但主要还是C3A的影响，因此在生产上都是

掺入石膏来控制水泥的凝结时间。

8. 1.2缓凝机理及其适宜掺量的确定

一般水泥熟料中C。A含疑较高，若不加缓凝剂，在使用时，加水拌和后，很快就会凝结

而无法施工。掺加适疑仃膏就可以控制水泥的水化速度，调盯凝结时间，而且由于石膏的掺人, 还可提髙早期强度，降低干缩变形，改善水泥的耐久性等一系列性能。石膏作为水泥中常用的缓凝剂，对于其缓凝机理，目前还存在着不同的观点。一般认为，csA在石膏一石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的钙矶石，这些棱柱状的小晶体生长在颗粒表而,形成覆盖层或薄膜，覆盖并封闭了水泥颗粒表而，从而阻滞了水分子及离子的扩散，阻碍了水泥颗粒尤其是CsA的进一步水化，故防止了快凝现象。随着扩散作用的继续进行，钙矶石增多，当钙矶石覆盖层增加到足够厚时，渗透到内部的sO：—逐渐减少到不足以生成钙矶石，而形成单硫型水化硫铝酸钙、GAH：,及其固溶体，并伴随有体积增加。当固相体积增加所产生的结晶压力达到一左数值时，钙矶石膜就会局部胀裂，水和离子的扩散失去阻碍，水化就能得以继续进行。

杨(Yoaung)认为，水泥在水化过程中，由于Ca(0H)z晶核表而吸附了缓凝剂，妨碍了它进一步生成和长大，使得Ca(OH)：：晶体不能及时析出，阻碍了硅酸盐的水化速度，从而导致缓凝，这是所谓的晶核受损学说。

洛赫尔(Locher)则认为，水泥的凝结是由于浆体内部形成了网状结构，石膏并不改变©A 的水化速度，见表&1。当熟料中GA不多(即反应能力低)，硫酸盐含量也低时，水化开始后即生成晶粒细小的钙矶仃薄膜,并不阻碍水泥颗粒相互移动，浆体仍有可塑性。经过几小时钙矶石增加到足够数量,晶体长成细长针状后，才在水泥颗粒间相互交叉联结，形成网状结构，达到正常凝结［见表8. 1中(I)图］。若CsA含量较高，硫酸盐也相应增加时，水化开始生成的钙矶石也相应增多，凝结稍快，但仍属正常［见表&1中(II)图］:但若C。A含量较高，溶液中硫酸盐很少时，除生成钙矶石薄膜外，剩余的csA会很快在颗粒间隙生成片状CoAH,o 和单硫型水化硫铝酸钙并析出晶体，使水泥颗粒相互联结成网状结构导致快凝［见表& 1中(111)图］:若CsA含量低，而硫酸盐浓度相对过高时，反应剩余的硫酸盐将立即结晶形成条状二次右有，也会造成快凝［见表8. 1中(IV)图］。因此，石膏适宜掺量是决左水泥凝结时间的关键a

表8・1硅酸盐水泥凝结时结构形成与c,A含量和石膏含量的关系图解